Теоретические сведения о давлении

Давление – сила, с которой жидкость воздействует на помещенную в нее поверхность единичной площади в направлении к нормали к поверхности. Жидкость, налитая в сосуд, испытывает давление атмосферы, а каждая частица жидкости испытывает давление, создаваемое весом вышележащих частиц, (рис. 1.2) [1].

Превышение давления над атмосферным называют избыточным. Давление на поверхности жидкости, т.е. на границе раздела с окружающей сре­дой, может быть как больше, так и меньше атмосферного. В последнем случае оно называется вакуумным.

За единицу давления в международной системе единиц (СИ) принят паскаль (Па) – давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м². Наряду с ней применяют килоПаскаль (кПа) и мегаПаскаль (МПа) (приложе-
ние 1).

1 Па= 1 Н/м²=10^-3кПа=10^-6мПа.

В технике продолжают применять внесистемные единицы – техническую атмосферу (ат) и бар (бар).

1 ат = 1 кгс/см² = 10000 кгс /м²;

1 бар -10³Па = 1,02 ат.

Для измерения давления применяют разнообразные приборы:

– для измерения атмосферного давления – барометры;

– для измерения избыточного давления – разности между абсолютным давлением и атмосферным давлением – манометры, вакууметры (при давлении ниже атмосферного) или мановакууметры. Этиприборы принципиально не раз­личаются, но имеют разные настройки нулевого уровня (уровня отсчета) дав­ления. Если измеряемое давление мало, прибор называют микроманометром;

– дляизмерения разностей давления в двух точках служат дифференциаль­ные манометры.

Принцип работы барометра основан на деформации сильфонной трубки, внутренний объем которой герметизируют. При известном давлении окружающей среды стрелка прибора сразу выставляется на величину этого давления. При изменении атмосферного давления сильфон расширяется или сжимается, что вызывает отклонение стрелки в одну или другую сторону. По принципу ра­боты манометры разделяются на пружинные и жидкостные.

 

 

Пружинные манометры или мановакууметры, чувствительным элементом которых является трубка Бурдона полая пружина, используют явление ее распрямления под действием давления, создаваемого в трубке или вне её. Они наиболее распространены в технике, перекрывают весь диапазон практически необходимых давлений, но требуют периодической проверки правильности по­казаний.

Жидкостные манометры используют явление уравновешивания измеряемого давления давлением столба жидкости в мерной трубке. Они предельно просты и могут быть изготовлены самостоятельно в любых условиях, отличаются точностью показаний и не требуют тарировок и проверок. Их недостаток – ограниченный диапазон измерений.

Быстропеременные давления измеряются специальными измерительны­ми комплексами, включающими датчики давлений, самописцы и, при необхо­димости, согласующие приборы. Датчики давлений преобразуют измеряемое давление в электрический сигнал, который регистрируется самописцем. Для ра­боты с такими измерительными комплексами необходимо освоить методику та­рировок и расшифровок записей.

Для тарировки на применяемом измерительном комплексе записывают 2-10 показаний давления известного уровня и строят тарировочный график дав­лений в функции от уровня записи сигнала. В процессе расшифровок любой уровень записи сигнала переводят в давление, пользуясь тарировочным графи­ком.

В нашей работе в качестве измерительного комплекса (рис. 1.3) для изме­рения быстропеременных давлений используются датчики давления (2), усили­тель (5) и осциллограф (1) со светочувствительной бумагой. Изменение давления преобразуется в перемещение светового луча гальванометра (6) на экране и в прорези кассеты со светочувствительной бумагой, причем перемещение луча происходит в направлении, поперечном относительно направления протяжки бумаги. В результате на светочувствительной бумаге регистрируется запись переменного давления в функции времени (осциллограмма) (рис. 1.4).

На этой же осцилограмме записываются тарировочные уровни сигнала, позволяющие расшифро­вать запись. Все результаты лабораторных измерений подвергаются статистической обработке [2]. Её целью является отсеивание недостоверных результатов, оп­ределение средних величин и ошибок измерений, а также других более сложных статистических показателей – доверительного интервала Á _b,соответствующе­го доверительной вероятности b, который накрывает истинное значение пара­метра , корреляционных связей параметров.